高功率固体激光装置能源系统可靠性建模与分析

发布时间：2017-06-10 15:09

  本文关键词：高功率固体激光装置能源系统可靠性建模与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源系统作为高功率固体激光装置中重要的组成部分,为装置提供符合要求的能量脉冲。作为装置强电特征体现最为集中的部分,能源系统的可靠性直接关系到装置整体的可靠性、稳定性、可维修性、能量转换效率、运行寿命等方方面面。以往针对能源系统开展的可靠性研究中,一方面缺乏对其各子系统进行详尽的故障模式及影响分析,另一方面缺乏对其关键单元组件气体开关单元的可靠性研究。本文从研究背景与实际需求出发,首先对能源系统各子系统的功能结构进行了介绍,在分析功能结构特点的基础上,一方面给出了能源系统定性可靠性设计的通用原则,另一方面给出了各类子系统在定性可靠性设计中基于结构设计和器件设计两方面应采取的具体措施。接着对各子系统进行了全面的FMEA分析,辨识出相应的故障模式、影响及原因,并提出了改进措施。对关键单元组件的可靠性研究也是可靠性工作的重要部分。本文通过建立故障数据收集规范和管理模式,开展了故障数据采集工作,并以此为基础,分析了选择气体开关单元作为关键单元组件的原因,并对其开展FTA分析;通过故障树向贝叶斯网络的转换建模,基于贝叶斯网络模型开展了可靠性评价与诊断分析,并在结合工程实际分析主要故障原因的基础上,提出了气体开关单元可靠性增长的相关建议,并对改进效果进行了描述。对于关键零部件的动态可靠性建模与分析是影响能源系统运行可靠性的重要因素。本文研究了能源系统气体开关单元中主气体开关这一关键零部件性能退化过程的建模与可靠性分析方法,通过建立同时考虑个体差异性和载荷应力作用的性能退化过程模型,并进一步研究了基于贝叶斯方法的模型参数估计、性能退化预测与可靠性评估的方法,为能源系统关键零部件的运行与维护提供了新的动态建模与分析方法,并给出了相应的运行维护建议。通过这些研究的开展,对能源系统及其关键单元组件的可靠性现状有了较为明晰的认识。以此得出的结论和改进建议,通过与工程实际的结合,取得了良好的效果。至此,该研究建立了一套子系统和单元组件层面可靠性研究的工作思路,可为装置其它系统和单元组件开展可靠性工作提供借鉴和参考,从而逐步形成更为完整、全面的高功率固体激光装置可靠性研究体系。
【关键词】：高功率固体激光装置 能源系统 故障模式及影响分析(FMEA) 故障树分析(FTA) 贝叶斯网络
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究背景和研究意义11-13
• 1.2 国内外研究历史和现状13-15
• 1.3 主要研究内容15-17
• 第二章 能源系统的功能结构分析17-28
• 2.1 能源系统总体功能结构17-20
• 2.2 子系统功能结构20-26
• 2.2.1 监测与控制系统功能结构20-23
• 2.2.2 充电机系统功能结构23-24
• 2.2.3 预电离回路系统功能结构24-25
• 2.2.4 主放电回路系统功能结构25-26
• 2.2.5 回路保护系统功能结构26
• 2.2.6 波形调节系统功能结构26
• 2.3 能源系统功能结构特点分析26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 能源系统的定性可靠性设计28-35
• 3.1 能源系统可靠性设计特点28
• 3.2 能源系统定性可靠性设计原则28-30
• 3.3 子系统定性的可靠性设计30-34
• 3.3.1 监测与控制系统定性的可靠性设计30
• 3.3.2 充电机系统定性的可靠性设计30-32
• 3.3.3 放电回路定性的可靠性设计32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 能源系统的故障模式及影响分析35-48
• 4.1 故障模式影响分析准则35-39
• 4.1.1 系统框图35-36
• 4.1.2 FMEA约定层次及故障判据36-37
• 4.1.3 系统编码及故障模式编码37-39
• 4.2 监测与控制系统FMEA39-41
• 4.2.1 子系统简介及零部件编码39-41
• 4.2.2 子系统约定层次及故障判据41
• 4.2.3 子系统FMEA表41
• 4.3 充电机系统FMEA41-43
• 4.3.1 子系统简介及零部件编码41-42
• 4.3.2 子系统约定层次及故障判据42
• 4.3.3 子系统FMEA表42-43
• 4.4 预电离回路系统FMEA43-44
• 4.4.1 子系统简介及零部件编码43
• 4.4.2 子系统约定层次及故障判据43-44
• 4.4.3 子系统FMEA表44
• 4.5 主放电回路系统FMEA44-45
• 4.5.1 子系统简介及零部件编码44
• 4.5.2 子系统约定层次及故障判据44-45
• 4.5.3 子系统FMEA表45
• 4.6 回路保护系统FMEA45-46
• 4.6.1 子系统简介及零部件编码45
• 4.6.2 子系统约定层次及故障判据45-46
• 4.6.3 子系统FMEA表46
• 4.7 波形调节系统FMEA46-47
• 4.7.1 子系统简介及零部件编码46
• 4.7.2 子系统约定层次及故障判据46
• 4.7.3 子系统FMEA表46-47
• 4.8 本章小结47-48
• 第五章 关键单元组件的可靠性建模及增长48-72
• 5.1 故障数据采集48-53
• 5.1.1 可靠性工程数据收集规范49-52
• 5.1.2 可靠性工程数据管理模式52-53
• 5.1.3 关键单元组件选择分析53
• 5.2 气体开关单元故障树分析（FTA）53-57
• 5.2.1 气体开关单元介绍53-54
• 5.2.2 分析原则54-55
• 5.2.3 气体开关单元故障树建模与定性分析55-57
• 5.3 气体开关单元基于贝叶斯网络的可靠性建模57-68
• 5.3.1 贝叶斯网络简介57-58
• 5.3.2 故障树向贝叶斯网络的转化建模58-61
• 5.3.3 基于贝叶斯网络模型的可靠性评价61-64
• 5.3.4 基于贝叶斯网络模型的诊断分析64-68
• 5.4 气体开关单元的可靠性增长68-71
• 5.4.1 气体开关单元主要故障原因分析68-69
• 5.4.2 气体开关单元可靠性增长措施69-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 关键零部件的贝叶斯性能退化建模与分析72-86
• 6.1 主气体开关的性能退化特征量72-74
• 6.2 主气体开关的性能退化建模74-80
• 6.2.1 基于伽马过程的性能退化过程模型75-76
• 6.2.2 考虑个体差异性的性能退化过程模型76-78
• 6.2.3 考虑个体差异性和载荷应力的性能退化过程模型78-80
• 6.3 基于贝叶斯方法的主气体开关的性能退化分析80-85
• 6.3.1 贝叶斯性能退化分析模型的构建80-81
• 6.3.2 性能退化分析和可靠性特征量求解81-85
• 6.4 本章小节85-86
• 第七章 总结与展望86-89
• 7.1 总结86
• 7.2 主要创新点86-87
• 7.3 展望87-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-96
• 附录一 能源系统监测与控制系统故障模式及影响分析（FMEA）表96-102
• 附录二 能源系统充电机系统故障模式及影响分析（FMEA）表102-107
• 附录三 能源系统预电离回路系统故障模式及影响分析（FMEA）表107-112
• 附录四 能源系统主放电回路系统故障模式及影响分析（FMEA）表112-117
• 附录五 能源系统回路保护系统故障模式及影响分析（FMEA）表117-119
• 附录六 能源系统波形调节系统故障模式及影响分析（FMEA）表119-120
• 在学期间的研究成果120-121

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